Onderzoekers van de Universiteit van Kyoto hebben onlangs een nieuw theoretisch model voorgesteld dat probeert uit te leggen hoe ‘ruimteweer’, zoals zonneactiviteit, het breukproces diep in de aardkorst onder bepaalde omstandigheden zwak maar mogelijk kritisch kan beïnvloeden, waardoor het optreden van grote aardbevingen in zeldzame gevallen ‘bevordert’.


Het onderzoeksteam benadrukt dat dit geen methode is om aardbevingen te voorspellen, maar stelt een fysiek pad voor dat begint met sterke zonneactiviteit zoals zonnevlammen en uiteindelijk de kwetsbare zone van de aardkorst bereikt: zonneactiviteit zal de verdeling van geladen deeltjes in de ionosfeer van de bovenste atmosfeer snel veranderen, en deze herverdeling van ionosferische lading zal de voortplanting van signalen van het Global Navigation Satellite System (GNSS) in de hogere atmosfeer veranderen. Het is een van de belangrijke redenen waarom de wetenschappelijke gemeenschap het totale elektronengehalte van de ionosfeer blijft monitoren.

Binnen de aardkorst richt het model zich specifiek op zones met sterk gebroken gesteente die water bij hoge temperaturen en druk kunnen vasthouden en mogelijk superkritische vloeistoffen kunnen creëren. Onderzoekers beschouwen dergelijke beschadigde aardkorstgebieden als elektrisch actieve "condensatoren" die via capacitieve koppeling met het oppervlak en de lagere ionosfeer zijn verbonden om een ​​algeheel elektrostatisch systeem te vormen, in plaats van als afzonderlijke gelaagde structuren.

Tijdens zware ruimteweergebeurtenissen zoals ernstige zonnestormen kan de elektronendichtheid in de ionosfeer aanzienlijk toenemen, waardoor op lagere hoogten een meer elektronegatieve laagstructuur ontstaat. Het model stelt voor dat deze verandering in atmosferische lading niet alleen op grote hoogte zal blijven bestaan. Omdat het systeem via capaciteit met elkaar is verbonden, kunnen veranderingen in de ionosferische ladingsverdeling sterkere elektrische velden veroorzaken in kleine openingen in de gebroken rotsen van de aardkorst, en kan de schaal worden verfijnd tot poriën op nanometerschaal.

Waarom is dit proces relevant voor aardbevingen? Studies hebben aangetoond dat drukveranderingen in kleine holtes de uitzetting en verbinding van scheuren zullen beïnvloeden, vooral wanneer de breukzone zich dicht bij de kritieke staat van instabiliteit bevindt. In de berekeningen van het Kyoto-team kan deze door een elektrisch veld geïnduceerde elektrostatische druk een omvang bereiken die vergelijkbaar is met andere factoren waarvan bekend is dat ze zwak zijn, maar die de breukstabiliteit kunnen beïnvloeden, zoals getijdenkrachten en kleine veranderingen in de zwaartekracht.

Kwantitatieve schattingen laten zien dat dit effect overeenkomt met een grote verstoring van het totale elektronengehalte van de ionosfeer, vooral wanneer het totale elektronengehalte met tientallen TEC-eenheden toeneemt. Het model laat zien dat elektrostatische druk in de orde van enkele megapascals kan worden gegenereerd in kleine openingen in de aardkorst. In een geschikte geologische omgeving is dit bereik voldoende om mechanische betekenis te hebben en een potentiële trigger te worden voor breukinstabiliteit.

Vóór het optreden van verschillende grote aardbevingen heeft de wetenschappelijke gemeenschap herhaaldelijk abnormale ionosferische verschijnselen waargenomen, zoals een verhoogde elektronendichtheid, verminderde ionosferische hoogte en abnormale voortplanting van reizende ionosferische verstoringen op mesoschaal. In het verleden werden deze afwijkingen vaak geïnterpreteerd als een "resultaat" van de accumulatie van aardkorstspanningen die naar boven koppelden en de ionosfeer beïnvloedden, in plaats van als een "oorzaak" die een averechts effect zou hebben op het breukproces van de aardkorst.

Het nieuwe model dat dit keer wordt voorgesteld, biedt een interactief raamwerk: aan de ene kant kunnen aardkorstprocessen de ionosfeer beïnvloeden; aan de andere kant kunnen verstoringen in de ionosfeer zelf naar beneden worden teruggekoppeld via elektrostatische koppeling, waardoor extra kleine krachten worden uitgeoefend op de korst die bijna in een kritieke toestand verkeert. Dit idee biedt een fysiek verklaringspad dat geen ‘directe causaliteit’ vereist voor het bestaan ​​van een bepaalde relatie tussen ruimteweerfenomenen en seismische activiteit.

Enkele grote aardbevingen in Japan van de afgelopen jaren, waaronder de aardbeving op het schiereiland Noto in 2024, worden in het onderzoek ook besproken als voorbeelden van tijdelijke consistentie met dit mechanisme: bij deze gebeurtenissen vond er kort voor de aardbeving sterke zonnevlamactiviteit plaats. De auteurs wijzen erop dat de timingmatch geen directe oorzaak bewijst, maar consistent is met een scenario waarin ionosferische verstoringen fungeren als extra triggers wanneer de korst zich al in een kritieke toestand bevindt.

Door concepten uit de plasmafysica, de atmosferische wetenschap en de geofysica te integreren, breidt dit model het traditionele begrip uit dat aardbevingen volledig worden gedomineerd door de interne processen van de aarde. De onderzoeksresultaten suggereren dat het tegelijkertijd monitoren van de ionosferische omstandigheden, ondergrondse structuren en stresstoestanden kan helpen om een ​​dieper inzicht te krijgen in het aardbevingsinitiatiemechanisme en een nieuwe fysieke dimensie kan bieden voor de beoordeling van aardbevingsrisico's op de middellange tot lange termijn.

Toekomstig werk zal zich richten op het gebruik van GNSS-ionosferische tomografiegegevens met hoge resolutie, gecombineerd met gedetailleerde ruimteweerobservaties, om verder te verduidelijken onder welke specifieke omstandigheden ionosferische verstoringen significante elektrostatische effecten in de aardkorst kunnen veroorzaken, en om de toepasbaarheid en het belang van dit mechanisme in verschillende tektonische omgevingen over de hele wereld te evalueren. Het relevante onderzoek was getiteld "Mogelijk mechanisme van aardbevingen veroorzaakt door ionosferische anomalieën - de elektrostatische koppeling tussen de ionosfeer en de aardkorst en de elektrische energie die wordt gegenereerd in de aardkorst" en werd in februari 2026 gepubliceerd in het "International Journal of Plasma Environmental Science and Technology".